Urânio-235
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Nota: Se procura submarino alemão, veja U-235.
Urânio-235 é um isótopo de urânio que é responsável por cerca de 0.72% do urânio natural. Diferente do isótopo predominante, o urânio-238, ele é físsil, ou seja, ele pode sustentar uma reação em cadeia de fissão nuclear. É o único isótopo natural e físsil que é encontrado na natureza em quantidades relevantes, além de ser um nuclídeo primordial.
O urânio-235 tem uma meia-vida de 703.8 milhões de anos. Ele foi descoberto em 1935 por Arthur Jeffrey Dempster. Sua seção de choque nuclear para nêutrons térmicos (nêutrons com baixa velocidade [1]) é de cerca de 504.81 barns. Para nêutrons rápidos, sua seção de choque é da ordem de 1 barn.[2] Nem todas as absorvições de nêutrons resultam em fissão; uma minoria resulta em captura neutrônica formando o urânio-236.
Fissão
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A fissão de um átomo de Urânio-235 gera 202.5MeV = 3.24 × 10−11 J, ou seja 19.54 TJ/mol, ou 83.14 TJ/kg.[3] Quando radionuclídeos de
235
92U são bombardeados por nêutrons, uma das várias reações de fissão que podem ocorrer é mostrada abaixo(mostrada na imagem a esquerda):
235
92U →
141
56Ba +
36Kr + 3 10n
Reatores de água pesada e alguns reatores de grafite moderado podem usar urânio empobrecido, mas reatores de água leve devem usar o urânio levemente enriquecido por causa da absorção de nêutrons água leve. O enriquecimento do urânio remove porcões de U-238 enquanto que aumenta a porcentagem de U-235 na composição. O urânio altamente enriquecido, que contem uma grande proporção de U-235 é muito utilizado em armas nucleares.
Se um nêutron proveniente da fissão de um núcleo de urânio-235 acerta outro núcleo de urânio-235 e o fissiona, então a cadeia de reação vai continuar. Se a reação se sustentar, ela pode criar uma massa crítica, e a massa de U-235 requerida para produzir massa critica é de alguns quilogramas. A fissão nuclear produz fragmentos de fissão que em geral são altamente radioativos e produz energia posteriormente devido ao decaimento radioativo. Alguns deles produzem nêutrons chamados de nêutrons atrasados, que contribuem para a reação de fissão em reatores, enquanto que se produzidos por detonações nucleares apenas vão liberar radiação ao meio ambiente. Em reatores nucleares, a reação é atrasada pela adição de barras de controle que são feitas de elementos químicos como o boro, háfnio e cádmio pois podem absorver uma grande quantidade de nêutrons. Em armas nucleares, a reação é descontrolada, a grande e rápida liberação de energia da fissão nuclear cria uma detonação nuclear.
Armas Nucleares
[editar | editar código-fonte]A arma Little Boy, uma arma nuclear do tipo balístico, lançada sobre Hiroshima em 6 de agosto de 1945 foi feita de urânio altamente enriquecido. A massa critica nominal para uma esfera de U-235 nua é de 56 kg,[4] ou seja uma esfera de 17.32 cm (6.8") de diâmetro. O material necessário deve ter 85% ou mais de U235. Mas a massa critica pode ser diminuída em ate um quarto com o uso de iniciadores de nêutrons, reforço de trítio, geometria correta e refletores de nêutrons tendo grande impacto econômico na fabricação e eficiência dessas armas. Atualmente é preferível o uso de um isótopo do plutônio, o plutônio-239 em armas nucleares.[5][6] Contudo o urânio enriquecido ainda é extensivamente utilizado no segundo estagio de bombas de hidrogênio.
| Fonte | Energia media liberada [MeV][3] |
|---|---|
| Energia liberada instantaneamente | |
| Energia cinética dos fragmentos | 169.1 |
| Energia cinética de nêutrons rápidos | 4.8 |
| Energia portada por raios gama | 7.0 |
| Energia do decaimento de produtos da fissão | |
| Energia de partículas β− | 6.5 |
| Energia de raios γ atrasados | 6.3 |
| Energia produzida quando nêutrons são capturados sem ocorrer fissão | 8.8 |
| Energia convertida em calor em um reator | 202.5 |
| Energia de antineutrinos | 8.8 |
| Soma | 211.3 |
Referências
- ↑ «Física de Nêutrons» (PDF). Consultado em 26 de julho de 2019
- ↑ «Some Physics of Uranium». Consultado em 2 de dezembro de 2013. Arquivado do original em 17 de julho de 2007
- ↑ a b Nuclear fission and fusion, and neutron interactions, National Physical Laboratory.
- ↑ FAS Nuclear Weapons Design FAQ, accessed 2010-9-2. There are numerous other references on the net, and with modern computers, this is fairly easy to calculate, so secrecy cannot aid security.
- ↑ FAS contributors (ed.). Nuclear Weapon Design. [S.l.]: Federation of American Scientists
- ↑ Miner. [S.l.: s.n.] 1968. 541 páginas
- Table of Nuclides.
- DOE Fundamentals handbook: Nuclear Physics and Reactor theory Vol. 1, Vol. 2.
Ligações externas
[editar | editar código-fonte]- Uranium | Radiation Protection Program | US EPA
- NLM Hazardous Substances Databank - Uranium, Radioactive
- "The Miracle of U-235", Popular Mechanics, January 1941—one of the earliest articles on U-235 for the general public